4 Wege, wie 3D-Druck die Medizinbranche verändert

Die Medizinbranche ist einer der am schnellsten wachsenden Sektoren der additiven Fertigung und wird für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt, von patientenspezifischen Implantaten bis hin zu realistischen Funktionsprototypen und fortschrittlichen medizinischen Werkzeugen. Und da mehr als 97 Prozent der medizinischen AM-Experten davon überzeugt sind, dass der Einsatz der additiven Fertigung weiter zunehmen wird (SME Medical AM/3DP Survey 2017), birgt die Technologie ein enormes Potenzial in Bereichen wie dem Biodruck und anderen medizinischen Anwendungen.

Als Teil unserer Serie, die die Auswirkungen der additiven Fertigung auf verschiedene Industrien untersucht, werfen wir heute einen Blick auf die aktuellen Anwendungen des 3D-Drucks im medizinischen Bereich und die voraussichtliche Entwicklung der Technologie.

Wie nutzt die Medizinbranche den 3D-Druck?

Anpassung

Die Forderung nach schnelleren und kostengünstigeren Möglichkeiten der kundenindividuellen Produktion Produkte ist einer der Schlüsselfaktoren für die Verbreitung des 3D-Drucks im medizinischen Sektor. Dank größerer Gestaltungsfreiheit und der Möglichkeit, hochkomplexe Teile und Komponenten herzustellen, bietet die additive Fertigung eine ideale Lösung für die Anforderungen der Medizinindustrie und verändert damit die Art und Weise, wie Medizinprodukte hergestellt werden.

In erster Linie vereinfacht die additive Fertigung den Prozess der Entwicklung und Herstellung von kundenspezifischen Geräten. Da jeder Patient anders ist, müssen Medizinprodukte wie Prothesen und Implantate an die Bedürfnisse des jeweiligen Patienten angepasst werden.

Traditionell war die Herstellung komplexer medizinischer Geräte ein zeitaufwendiger und kostspieliger Prozess, der teure Werkzeuge erforderte. Mit den Fortschritten in der additiven Fertigung ist es jedoch heute viel kostengünstiger, komplexe medizinische Geräte herzustellen, da die Technologie keine Werkzeuge benötigt. Darüber hinaus ist es durch die Gestaltungsfreiheit der AM-Technologie möglich, komplexe Geräte herzustellen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren bisher nicht möglich waren.

Schnellere Markteinführung

Ein weiterer Vorteil der additiven Fertigung ist die Geschwindigkeit, mit der Teile konstruiert und hergestellt werden können. Wenn ein 3D-gedrucktes Gerät Design-Iterationen erfordert, kann dies in wenigen Stunden erledigt werden, was zu einer erheblich verkürzten Markteinführungszeit für neue Medizinprodukte führt.

Materialtechnisch können 3D-Drucksysteme für medizinische Anwendungen auch eine Reihe biokompatibler Materialien unterstützen, die einer Sterilisation durch Gammastrahlung und Ethylenoxid standhalten. Solche Materialien eignen sich besonders gut für Anwendungen, bei denen eine Kompatibilität mit menschlichem Gewebe erforderlich ist, wie beispielsweise Zahnimplantate. Auch der Multi-Material-Druck ist eine neue Möglichkeit, und diese Methode kann verwendet werden, um realistische menschliche Modelle mit verschiedenen Materialien zu erstellen, die Organe, Knochen und Weichteile darstellen.

4 Anwendungsfälle für den medizinischen 3D-Druck

1. Medizinische Forschung und Entwicklung

3D-gedruckte Prototypen können einen großen Beitrag zur medizinischen Forschung leisten, indem sie realistische anatomische Modelle und Prototypen bereitstellen. Und da der 3D-Druck den Produktentwicklungszyklus beschleunigt, können biomedizinische Ingenieure Modelle und Prototypen jetzt viel schneller erstellen. Zum Beispiel wurden 3D-gedruckte Modelle von Krebstumoren erstellt, um Medizinern zu helfen, besser zu verstehen, wie sich Tumore entwickeln und ausbreiten, sowie um Krebsmedikamente zu testen. Die maschinelle Bearbeitung oder das Spritzgießen solcher Prototypen wäre unpraktisch, da diese Technologien nicht die gleichen schnellen Iterationen und die Komplexität des Designs bieten können wie die additive Fertigung.

2. Präklinische Tests und Planung

3D-gedruckte Modelle ermöglichen es Ärzten auch, die Anatomie des Patienten zu visualisieren und komplexe Pathologien direkt zu beurteilen, um die Herausforderungen digitaler Bilder zu überwinden, denen es an 3-dimensionalem Realismus mangelt. Und dank der Fortschritte im Multi-Material-3D-Druck können additiv gefertigte Modelle aus unterschiedlichen Materialien erstellt werden, um Eigenschaften von menschlichem Gewebe und Knochen nachzubilden. Diese Methode kann Chirurgen helfen, eine Operation im Voraus zu planen und die chirurgische Präzision und die postoperativen Ergebnisse zu verbessern.

3. Medizinprodukte

Da der globale Markt für 3D-gedruckte Medizinprodukte bis 2026 voraussichtlich mehr als 1 Milliarde US-Dollar erreichen wird (Future Market Insights), bietet die additive Fertigung einen erheblichen Mehrwert für die Herstellung kundenspezifischer Medizinprodukte. Von komplex geformten Implantaten, personalisierter Prothetik und Hörgeräten bis hin zu maßgeschneiderten Werkzeugen ermöglicht die additive Fertigung die Herstellung von Einzelstücken, die mit herkömmlicher Fertigung nicht praktikabel wären.

3D-gedruckte Implantate

Heute sind 3D-gedruckte Implantate eines der am schnellsten wachsenden Segmente in der medizinischen additiven Fertigung. Fortschritte in der AM haben die Herstellung von Implantaten ermöglicht, die an die Anatomie des Patienten angepasst sind. Darüber hinaus können mit biokompatiblen Materialien wie Titan und Kobalt-Chrom-Legierungen 3D-gedruckte orthopädische und kraniale Implantate mit der richtigen Oberflächenrauheit hergestellt werden, was zu geringeren Ausschussraten führt. Die Möglichkeit, topologisch optimierte Designs zu erstellen, bedeutet auch, dass ein Implantat mit komplexer organischer Geometrie und reduziertem Gewicht entworfen werden kann.

Prothetik

Der 3D-Druck hat auch einen großen Einfluss auf die Herstellung erschwinglicher und dennoch hochpräziser Prothetik. Bei Verwendung herkömmlicher Herstellungsmethoden kann es Wochen dauern, bis ein Gerät hergestellt ist, das den Anforderungen eines Patienten entspricht. Dies ist heute nicht mehr der Fall, da die generativ gefertigte Prothetik deutlich weniger zeitaufwändig ist und in vielen Fällen zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Prothetik hergestellt werden kann. 3D-Druck wurde verwendet, um alles zu produzieren, von Hand-, Bein- und Zahnspangenprothesen bis hin zu komplexer Gesichts- und Schädelprothetik.

Hörgeräte

Die Hörgeräteindustrie ist ein weiterer Sektor, der durch das Aufkommen des 3D-Drucks verändert wurde, da mehr als 90 % aller Hörgeräte mit AM-Technologie, insbesondere Stereolithographie (SLA), hergestellt werden. SLA bietet die schnelle Herstellung organischer Formen sowie eine hohe Genauigkeit, ideal für die Individualisierung.

Zahnmedizin

Laut einem aktuellen Bericht von SmartTech Publishing wird der Dentalmarkt bis 2027 9,5 Milliarden US-Dollar erreichen. Zahnlabore können heute Brücken, Aligner, Kronen, kieferorthopädische Geräte und Gipsmodelle additiv herstellen, die an das Patent angepasst werden können.

Medizinische Instrumente

Auch im medizinischen Bereich kann die additive Fertigung zur Herstellung von Hilfswerkzeugen wie Vorrichtungen und Vorrichtungen eingesetzt werden. 3D-gedruckte medizinische Instrumente können schnell und bei Bedarf geliefert werden, was eine fortschrittliche Patientenversorgung ermöglicht.

4. Medizinisches Marketing und Ausbildung

Der Einsatz der additiven Fertigung im medizinischen Bereich beschränkt sich nicht nur auf die Operationsplanung und Fertigung. Medizinisches Marketing profitiert von 3D-gedruckten Modellen, die von medizinischen Anbietern verwendet werden können, um zu demonstrieren, wie ein neues Medizinprodukt funktioniert. Und da AM gut für die Kleinserienproduktion geeignet ist, sind 3D-gedruckte Modelle eine kostengünstige Wahl für medizinische Fakultäten, an denen Studenten eine verbesserte Ausbildung und Praxis mit 3D-gedruckten anatomischen Replikaten erleben können.

Der Blick in die Zukunft

Die Zukunft der additiven Fertigung in der Medizinindustrie sieht rosig aus, wobei dem 3D-Biodruck von funktionellen Geweben und Organen große Aufmerksamkeit geschenkt wird.

Die Bioprinting-Technologie wird derzeit verwendet, um Medikamente und Pillen zu erforschen, mit bedeutenden Anwendungsfällen in der regenerativen Medizin. Forscher der Harrisburg University verwenden beispielsweise den 3D-Druck, um konturangepasste Hauttransplantate aus menschlichen Zellen herzustellen, und Wissenschaftler der University of Oxford haben eine neue Methode entwickelt, um Zellen in 3D zu drucken, um lebendes Gewebe zu bilden. Diese künstlichen Gewebe ahmen die Physiologie natürlicher Zellstrukturen nach, die möglicherweise verwendet werden können, um Gewebemodelle für klinische Tests zu erstellen. Obwohl das ultimative Ziel des Druckens von transplantierbarem lebendem Gewebe immer noch eine Herausforderung darstellt, hat die Technologie ein enormes Potenzial für das Gesundheitswesen.

Es wird auch viel geforscht im Bereich des 3D-Drucks und der zeitgesteuerten Arzneimittelabgabe. Mit der 3D-Drucktechnologie könnten mehrere Medikamente in einer einzigen Pille gedruckt und dann in präziser Zeit freigegeben werden, sodass die Patienten nicht mehrere Medikamente einnehmen müssen. MIT-Forscher haben auf diesem Gebiet bereits bemerkenswerte Fortschritte gemacht, indem sie eine neue additive Herstellungsmethode zur Herstellung von Medikamenten und Impfstoffen entwickelt haben, die mehrere Dosen eines Medikaments über einen kontrollierten Zeitraum freisetzen können.

Herausforderungen

Trotz dieser bemerkenswerten Fortschritte steht die additive Fertigung in der Medizinbranche immer noch vor gewissen Herausforderungen. Vorschriften für 3D-gedruckte Medizinprodukte sind eine solche Herausforderung, da Medizinproduktehersteller strengen Anforderungen unterliegen müssen.

Die additive Fertigung hat jedoch in der Medizinindustrie tiefe Wurzeln geschlagen und wird mit zunehmender Reife der Technologie und wachsendem Wissen letztendlich zu niedrigeren Kosten und fortschrittlicheren Anwendungen wie dem 3D-Druck von Organen und Geweben führen.

Dies ist der zweite in unserer Industrie- und AM-Reihe — warum nicht unseren letzten Artikel darüber lesen, wie AM ist Auswirkungen auf die Baubranche ?